0.前言

　　葉輪是一種加工要求非常特殊的零件， 它是由全 3D 自由曲麵構成的幾何體(ti) ，並且曲率變化扭曲非常大，無法使用普通三軸數控機床加工，在這樣的前提條件下，由於(yu) 加工後的曲麵質量的精度要求特別高，必需采用高精度五軸數控機床加工。 此外葉輪在實際使用中，葉輪的表麵紋理與(yu) 材料的金屬條紋直接影響其使用的壽命與(yu) 效率、 質量，這些因素可以通過先進的 CAM 軟件編寫(xie) 特殊的高效優(you) 化的程序，以達到我們(men) 所預期的理想效果。 一般常用軟件 HYPERMILL、Cimatron、Unigraphics、PowerMill 等均具備了葉輪加工能力。本文通過使用Cimatron 軟件，論述用於(yu) 深井漩渦壓力機中的零件———葉輪的工藝編排以及智能 NC 程序編寫(xie) 。

1.深井漩渦壓力機葉輪工藝分析

　　該葉輪加工難度分析如下：

　　1.1 此葉輪直徑為(wei) 260mm，葉片的最高長度為(wei) 160mm，兩(liang) 葉片之間最短距離為(wei) 15mm 如圖所 1 所示。

數控加工

　　1.2 由於(yu) 葉片高，整體(ti) 葉輪需要開粗毛坯料比較多，且最大隻能使用為(wei) Ф15mm 直徑的刀具開粗， 所以我們(men) 必需選擇分層使用不同長度的刀具進行開粗以提高整體(ti) 的加工效率;

　　1.3 此葉輪曲麵為(wei) 自由曲麵、 流道窄、葉片扭曲嚴(yan) 重，並且有後仰的趨勢，加工時極易產(chan) 生幹涉，加工難度高。 有時為(wei) 了避免幹涉，有的曲麵要分段加工，因此保證加工表麵的一致性也有一定困難;

　　1.4 由於(yu) 葉輪強度的需要， 輪轂與(yu) 葉片之間還應當加工出底部加強圓角。 由於(yu) 槽道窄，葉片高，圓角的加工也是個(ge) 難點。

2.葉輪加工工藝編排

　　2.1 確定毛坯類型。 為(wei) 了提高我們(men) 加工效率，我們(men) 把坯料通過車削加工成為(wei) 該葉輪最大外形回轉體(ti) 形狀。

　　2.2 粗加工。 在兩(liang) 葉片之間的毛坯料位置是我們(men) 需要粗加工的。 此處位置葉片扭曲較大，為(wei) 了保證加工時葉片的偏擺精度，選擇五軸聯動粗加工的策略。 對於(yu) 刀具的選擇，我們(men) 選擇 D15R2 的牛鼻刀，采用盡量大的刀具進行粗加工，提高效率。 由於(yu) D15R2 的刀具不符合熱膨脹帶錐度卡頭的裝夾規格， 故我們(men) 準備兩(liang) 把不同長度的 D15R2 的刀具進行粗加工。 由於(yu) 粗加工時選用牛鼻刀且粗加工完畢後，需要進行半精加工以及精加工。為(wei) 此，粗加工時輪轂底部預留 0.3mm 餘(yu) 量，葉片壁麵預留 0.5mm 餘(yu) 量。

　　2.3 半精加工與(yu) 精加工。 由於(yu) 葉輪都是規則性的零件，所以半精加工與(yu) 精加工可能隻是在於(yu) 刀具大小的選擇與(yu) 切削量、轉速、進給的差異。

　　2.4 葉片根部圓角清根。 對於(yu) 葉輪的葉片圓角根部清根加工，一直是葉輪加工中的最大重點之一，此部位加工質量的好壞直接影響葉輪的強度與(yu) 使用質量。 加工策略可采用根部隨形清角工藝方案處理該處圓角。 刀具夾頭采用熱膨脹帶錐度夾頭。

3. Cimatron葉輪數控加工程序編寫(xie) 設計

　　3.1 根據以上工藝的分析與(yu) 加工思路的整理，在 Cimatron 軟件 NC環境下建立所需要用到的刀具卡頭與(yu) 刀具庫。

　　3.2 建立五軸的 ToolPath，並確定編程坐標係。 選擇葉輪作為(wei) 加工的 part，定義(yi) 車削完畢的葉輪最大外形回轉體(ti) 作為(wei) 加工毛坯。

　　3.3 葉輪兩(liang) 葉片之間的粗加工程序編寫(xie) 。 由於(yu) 葉輪的外形複雜，決(jue) 定了這個(ge) 葉輪不能用五軸 3+2 定位加工。 故我們(men) 采用五軸聯動粗加工。 在 Cimatron 軟件中，采用 Areospeace 的五軸航空銑功能可以快速實現程序的編製。

　　3.3.1 進入五軸航空銑，選擇 D15R2L60 的刀具 ，在 Patten 中選擇Parallel to surface 策略。 選擇輪轂麵作為(wei) 參考曲麵，兩(liang) 邊也片麵作為(wei) 驅動曲麵。 設定驅動曲麵餘(yu) 量 0.5mm，並控製所加工的深度為(wei) 45mm。

　　3.3.2 在 Sorting 設定走刀方式為(wei) 順銑單向走刀。

　　3.3.3 在葉輪編程中， 刀軸的控製是非常重要的。 在這個(ge) 葉輪裏麵， 我們(men) 在 Tool Axis control (刀軸控製) 選擇為(wei) Be tilted relative to cutting direction，Lead angle to cutting direction (前傾(qing) 角 )為(wei) -10 度 ，Tiltangle at side of the cutting direction(側(ce) 傾(qing) 角)為(wei) 90 度，在刀具加工中選擇 smooth 光順所加工的軌跡。

　　3.3.4 在處理葉輪加工時所產(chan) 生的碰撞幹涉中，Cimatron 有很好的解決(jue) 方法。 在 Gouge Check 中，選擇刀具與(yu) 兩(liang) 邊葉片之間的幹涉，自動處理為(wei) 刀具一旦與(yu) 葉片在 0.5mm 以內(nei) 發生幹涉， 在±180 度以內(nei) 自動偏擺傾(qing) 斜刀軸避開幹涉。

　　3.3.5 在 Link 裏麵合理地設定進退刀方式， 該零件需要設定垂直圓弧進刀。

　　3.3.6 參數設定完畢，計算刀路程序。 粗加工程序分別由D15R2_L60mm，D15R2_L125mm 的刀具分兩(liang) 部分完成。

　　3.4 葉片半精加工與(yu) 精加工。葉輪上葉片的曲麵為(wei) 3D 自由曲麵且有後仰倒扣，在加工中有相當難度，編寫(xie) 的導軌路徑需要達到五軸等高隨形螺旋的效果才能更好控製葉片的加工表麵質量。 具體(ti) 步驟如下：

　　3.4.1 進入五軸航空銑 ， 選擇 D16R8 的刀具 ， 在 Patten 中選擇Morph between 2 curves 策略。 選擇葉片麵作為(wei) 驅動曲麵，葉片上端部分邊界為(wei) 第一驅動曲線，葉片下端部分邊界為(wei) 第二驅動曲線，設定刀路軌跡延伸 10mm，設定驅動曲麵餘(yu) 量為(wei) 0.2mm。

　　3.4.2 在 Sorting 設定走刀方式為(wei) 順銑螺旋走刀，步距為(wei) 1mm。

　　3.4.3 葉片加工時，我們(men) 在 Tool Axis control(刀軸控製)選擇為(wei) Betilted relative to cutting direction， 設 定 有 利 的 Lead angle to cutting direction (前傾(qing) 角) 為(wei) -3 度與(yu) Tilt angle at side of the cutting direction(側(ce) 傾(qing) 角)為(wei) 89.2 度，在刀具加工中選擇 By two vectors 光順刀具運行的軌跡。

　　3.4.4 在處理葉片加工時所產(chan) 生的碰撞幹涉中 ， 同樣在 GougeCheck 中，選擇刀具與(yu) 葉片曲麵之間的幹涉 ，自動處理為(wei) 刀具一旦與(yu) 葉片發生幹涉，在±90 度以內(nei) 自動偏擺傾(qing) 斜刀軸避開幹涉;另選擇輪轂麵作為(wei) 刀具軸向殘餘(yu) 毛坯幹涉的保護麵，設定幹涉餘(yu) 量為(wei) 0.2mm。

　3.4.5 在 Link 裏麵合理地設定水平圓弧相切進退刀方式。

　　3.4.6 參數設定完畢，計算刀路程式。

　　3.5 輪轂曲麵半精加工與(yu) 精加工。 輪轂曲麵半精加工時，注意前麵粗加工預留輪轂麵 5mm 的餘(yu) 量，需要分層加工。 半精加工後輪轂麵預留 0.2mm 餘(yu) 量作為(wei) 後續的精加工。

　　3.5.1 半精加工程序與(yu) D15R2_L125mm 刀具粗加工策略是相同的。 此時隻是需要改變刀具的類別，重新選擇 D12R6mm 的刀具;按工藝分析中參數設定切削量，餘(yu) 量與(yu) 轉速，進給等參數。

　　3.5.2 為(wei) 了更加優(you) 化刀路軌跡， 在 Sorting 設定走刀方式為(wei) 順銑單向，從(cong) 輪轂加工範圍間下刀，向兩(liang) 邊偏置走刀方式，以提高輪轂麵的質量。

　　3.5.3 刀軸控製 。 我們(men) 在 Tool Axis control ( 刀軸控製 ) 選擇為(wei) Tilted through curve，選擇兩(liang) 葉片空間平分曲線作為(wei) 刀軸控製線 ，刀具將沿 3D 空間曲線移動加工，大大降低刀軸的擺動幅度。

　　3.6 葉輪清根程序編寫(xie) 。

　　3.6.1 進入五軸航空銑 ， 選擇 D10R5 的刀具 ， 在 Patten 中選擇Morph between 2 curves 策略。 選擇圓角麵作為(wei) 驅動曲麵，圓角上端部分邊界為(wei) 第一驅動曲線，圓角下端部分邊界為(wei) 第二驅動曲線，設定刀路軌跡延伸 10mm，設定驅動曲麵餘(yu) 量為(wei) 0，其他加工參數按照工藝分析的參數一一對應設定。

　　3.6.2 刀軸控製由程式根據曲麵的曲率自動計算一個(ge) 合理的偏擺角度。#p#分頁標題#e#

　　3.6.3 在幹涉檢查中的設定最關(guan) 重要。 為(wei) 了讓刀具在清角加工過程中，與(yu) 旁邊的葉片不發生幹涉，故我們(men) 需要把所有的葉片曲麵選擇做為(wei) 幹涉檢查麵，當刀具與(yu) 曲麵發生幹涉，刀具將自動前傾(qing) /側(ce) 傾(qing) 自動偏擺傾(qing) 斜刀軸避開幹涉區域。 同時，選擇圓角麵與(yu) 輪轂麵作為(wei) 刀具軸向幹涉的保護麵，設定幹涉餘(yu) 量為(wei) 0.005mm。

4.在五軸機床加工

　　通過 Cimatron 的五軸後處理器輸出加工 NC 代碼。 隻需要局部一個(ge) 葉輪六分之一的程序即可，代碼傳(chuan) 輸到機床以後，在機床控製係統通過程序的旋轉陣列加工即可。

5.結束語

　　在 Cimatron 軟件中，結合實際工藝的分析可以高效，安全，智能地把複雜的異型葉輪在實際生產(chan) 中得心應手地編寫(xie) 程序，輸出安全的 G—CODE。 該程序已經在MIKRON UCP710 五軸加工中心上試切成功，在幾何精度，尺寸精度，表麵光潔度等各方麵均達到客戶所要求的範圍內(nei) 如圖 2 所示。